M310及改進型機組運行階段共性問題研究

王婭琦，陶書生，李世欣，尹寶娟，趙 力，張澤宇

(環境保護部核與輻射安全中心，北京 100082)

M310及改進型機組運行階段共性問題研究

王婭琦，陶書生，李世欣，尹寶娟，趙 力，張澤宇

(環境保護部核與輻射安全中心，北京 100082)

M310及改進型機組在我國運行核電機組中占有重要比例，對其共性問題進行總結和梳理不僅有助于提高已建成核電廠的安全運行水平，也可對今后核電廠的設計、建造、運行提供幫助和指導。本文列出六條M310型機組共性問題的篩選準則，梳理出M310型核電廠設計類和運行類共性問題共46項，并給出了這些問題存在的方面和系統。對M310型機組的共性問題進行總結為核電廠的運行和監管提供有益的參考。

M310機組；共性問題；核電機組

截至2016年3月31日，我國運行的核電機組已有31臺。其中，絕大部分是壓水堆堆型，而在這些壓水堆中，大部分是M310機組及其改進型。從最早引進的大亞灣1、2號機組到現在，改進型機組在我國已有20多年運行歷史，積累了豐富的運行經驗。

在長期的運行經驗積累中也發現了M310型機組存在的諸多共性問題。這些問題不僅涉及技術規格書的不合理規定，如PTR乏燃料水池要求在凈化期間也不能中斷冷卻；也涉及不合理的設計導致運行階段安裝、維修困難；還包括在運行中發現的設計時未曾考慮的系統間相互作用導致的缺陷等。這些共性問題普遍存在于M310型機組及其改進型機組中，其中一些已經找到完善的解決方案并在實施，也有一些在搜集、分析之中。共性問題的識別和解決不僅有助于提高已建成核電廠的安全運行水平，也可對今后核電廠的設計、建造、運行提供幫助和指導。

本文旨在通過建立M310型機組共性問題的篩選準則，梳理出M310及改進型機組存在的共性問題，并對其進行分類統計和分析，給后續M310機組共性問題研究提供依據和參考。從經驗反饋的角度來看，對共性問題的識別分析并反饋有關單位，將有助于促進國內核電廠經驗交流共享，從而提升核安全水平。

1 M310型機組共性問題篩選準則

根據相關審評和研究經驗以及與運行核電廠的深入溝通，確定篩選M310共性問題如下準則：

1) 執照文件中沒有明確說明的核電廠實際運行中的特殊情況。例如，技術規格書中要求在任何模式下不能中斷乏燃料水池冷卻，但在反應堆和乏燃料水池冷卻和處理系統(PTR)凈化期間必須中斷乏燃料水池冷卻的問題;冷卻劑流量超差問題。

2) 在核電廠運行階段發現的與始發事件和緩解系統相關的不符合國家核安全局認可的規范和標準的問題。

3) 運行核電廠在運行階段發現的潛在或實際導致始發事件發生或緩解系統失效的構筑物、系統和部件方面的缺陷。例如，鍋爐效應是指加熱處于關閉狀態的閘閥上部閥腔空間內的介質，使閥腔壓力異常升高，會使得閥板同時與兩個閥座緊密接觸，這樣閘閥實際需求的開啟力矩大于其電動頭的設計值，嚴重情況下，這一壓力升高可能超出閘閥的設計壓力，從而使得閘閥無法開啟或閘板出現變形而不能保證其密封性。

4) 運行核電廠中會潛在或實際導致始發事件發生或緩解系統失效的標識、人機界面等問題。

5) 在核電廠運行階段發現的與設備相關的安裝錯誤或布置不合理導致影響維修、運行和檢查的情況。例如，國內多個M310改進型機組電廠均發生了EUF入口臨時盲板試驗后未拆除，影響EUF系統事故工況下安全功能的實現，違反了技術規范的要求；安全注入系統(RIS)閥門066/069VP存在維修需要拆除周圍樓板的問題。

6) 外部自然環境例如氣溫、水溫、惡劣天氣引起運行核電廠的構筑物、系統和部件產生缺陷的問題。比如，全球氣溫升高以及惡劣氣候的變化，電廠冷源取水的水溫升高，導致重要廠用水系統(SEC)的設計最高溫度限值可能被突破，從而潛在影響機組的安全。

2 M310型機組共性問題分類[1]

M310型機組的共性問題可分為兩大類，一類是設計共性問題，另一類是運行共性問題。

2.1 設計共性問題

(1) 總體問題

(2) 堆芯

(3) 部件完整性

(4) 一回路及其相連系統

(5) 安全系統

(6) 電氣和其他支持系統

(7) 儀表和控制系統

(8) 安全殼和其他構筑物

(9) 內部危害

(10) 外部危害

(11) 事故分析

2.2 運行共性問題

(1) 管理

(2) 運行

(3) 試驗和維修

(4) 培訓

(5) 應急準備(包括實物保護)

(6) 輻射防護

(7) 燃料貯存

(8) 廢物管理

2.3 共性問題的發現來源

(1) 運行經驗

(2) 與現行標準和實踐的偏差

(3) 確定論或者概率論識別出的潛在薄弱環節

3 M310型機組共性問題統計

3.1 共性問題統計

結合國外機構對共性問題的研究成果[1]和電廠的實際調研情況，確定了M310型機組共性問題的篩選準則和分類方法，根據上述篩選準則和分類方法，初步梳理了國內M310運行核電廠的共性問題，并考慮國外核電廠運行共性問題的適用性，得出了M310核電廠運行階段共性問題46項。值得說明的是，本文梳理的主要是核電廠發生的事件和定期安全審查糾正行動中存在的問題，而不涉及應急、安保等其他領域。表1給出了設計類共性問題23項，從問題存在的系統和方面看，安全系統的占比最大，約27%，一回路及相關系統和事故分析次之。從問題的來源看確定論或概率論分析的潛在薄弱環節和運行經驗是識別共性問題的主要途徑。表2給出了運行共性問題23項，試驗和維修以及管理是這些問題存在的主要方面，且運行經驗和與現行標準和法規的差異在問題來源中的占比較重。

表1 設計共性問題統計表

表2 運行共性問題統計表

3.2 共性問題舉例

“鍋爐效應”是一個M310機組存在的設計上的共性問題，問題來源是運行經驗。

“鍋爐效應”是指加熱處于關閉狀態的閘閥上部閥腔空間內的介質，使閥腔壓力異常升高，會使得閥板同時與兩個閥座緊密接觸，這樣閘閥實際需求的開啟力矩大于其電動頭的設計值，嚴重情況下，這一壓力升高可能超出閘閥的設計壓力，從而使得閘閥無法開啟或閘板出現變形而不能保證其密封性(見圖1)。[2]

圖1 鍋爐效應原理示意圖Fig.1 the principle of boiler effect

每個M310及改進型機組有11個閘閥受鍋爐效應影響而無法開啟或密封性得不到保證：即核島冷凍水系統安全殼內側電動隔離閥(DEG 044VD)；反應堆和乏燃料水池冷卻和處理系統安全殼內側排水手動隔離閥(PTRl45VB)；余熱排出系統(RRA)與乏燃料水池冷卻和處理(PTR)系統安全殼內側連通手動隔離閥(PTR 022VB)[3]；余熱排出系統出口電動隔離閥(RRA 014VP和RRA015VP)；冷端高壓安全注水安全殼外側電動隔離閥(RIS020VP)；安全注入系統熱端低壓安全注水安全殼外側電動隔離閥(RIS063VP和RIS064VP)；化學容積控制系統上充管線安全殼外側電動隔離閥(RCV048VP)；安全殼內的化學容積控制系統上充管線電動隔離閥(RCV050VP)；化學容積控制系統主泵密封回流安全殼內側電動隔離閥(RCV088VP)。

針對“鍋爐效應”共性問題，法國28個M310改進型機組中已有26個實施了改進。南非Koeberg核電廠分別于2005年和2006年完成了鍋爐效應的改造。

國內某核電廠在2002年及2004年，乏燃料水池冷卻和處理系統PTR022VB曾因鍋爐效應使得閘板產生嚴重變形，導致其喪失密封性而且手動開啟非常困難。對此，該核電廠開展了相關分析并進行了改造。改進流程分為五步：a)第一步，甄別需改進閘板閥；b)第二步，確定需改進的閥門類型； c)第三步，根據閥門的實際功能，確定潛在需改進的閥門；d)第四步，結合概率安全分析和技術經濟分析最終確定所需改進的閥門；e)第五步，實施改進，基本原理是將閥門的閥腔卸壓，使得閥腔內的壓力恢復至閥門高壓側的壓力。

4 結束語

核電機組共性問題的發生和發現都需要一個相對長的時間，隨著核電廠運行時間的增長，共性問題的潛在風險會增加。本文建立的M310及改進型機組運行階段共性問題的篩選準則，可為搜集已有及今后的M310機組共性問題提供標準，有助于監管當局、核電廠及相關單位對共性問題的識別和梳理。加強共性問題的研究和監督，做好預防，出現共性問題后，根據準則分類處理，及時做好解決方案和經驗反饋，將提高核安全水平。

此外，本文識別出中國核電業界M310及改進型機組存在的46個共性問題，對確定監管重點、核電廠定期安全評價有積極的作用，是核電廠運行和監管不可多得的資料和參考。

[1] IAEA. IAEA-TECDOC-1044, Generic safety issues for nuclear power plants with light water reactors and measures taken for their resolution [R]. Vienna, Austria, 1998.

[2] 依巖. 試論核電廠閘閥的鍋爐效應現象[J].核安全，2010,2:58-62.

[3] 王安.大亞灣核電站閘閥鍋爐效應狀況及其改進[J]. 核動力工程, 2006,27(4):64-67.

GenericSafetyIssuesforOperatingNuclearPowerPlantsofM310anditsAdvancedDesign

WANGYa-qi，TAOShu-sheng，LIShi-xin,YINBao-juan，ZHAOLi,ZHANGZe-yu

(Nuclear and Radiation Safety Center, Beijing 100082, China)

The M310 and its advanced nuclear power plant design occupies an important proportion in China’s operating NPPs. The summarizing and analyzing of the generic safety issues of M310 contributes to improve the safety operation level of operating NPPs. Furthermore, it will provide the guide for the NPPs’ design, construction, and operation hereafter. This paper lists 6 screening rules of the generic issues of M310, and presents 46 kinds of designing and operating generic issues and gives the existing aspects of the issues . The analysis and discussion of M310 and its advanced design NPP give the beneficial reference for the NPP operation and regulation.

M310 unit；generic safety issues, nuclear power plant

2017-03-20

王婭琦 (1987—)，女，河北人，工程師，碩士，現主要從事核安全審評

趙 力：zhaoli@chinansc.cn

TL48

A

0258-0918(2017)06-0902-06